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第1章 绪 论1

1.1 生物加工与生化工程1

1.2 生物催化工程2

1.2.1 生物催化工程的学科背景2

1.2.2 生物催化工程的内涵与外延2

1.2.3 我国生物催化发展概况5

1.3 生物催化在手性合成中的应用8

1.3.1 生物催化的不对称氧化还原11

1.3.2 水解酶催化的对映选择性合成14

1.4 工业生物催化发展动态及名家观点15

1.4.1 生物催化的最新技术进展16

1.4.2 生物催化的成功实例20

1.4.3 生物催化的未来21

参考文献24

第2章 生物催化剂的发现27

2.1 概述27

2.1.1 生物催化剂的基本概念27

2.1.2 生物催化剂的来源与多样性27

2.2 生物催化剂的发现和筛选28

2.2.1 生物催化剂筛选的一般策略30

2.2.2 建立有效和方便的筛选分析方法31

2.2.3 生物催化剂的发现和筛选途径32

2.3 总结与展望39

参考文献39

第3章 生物催化剂的改造41

3.1 概 述41

3.2 生物催化剂的理性设计42

3.2.1 理性设计的工具42

3.2.2 理性设计的目标44

3.2.3 融合蛋白质46

3.2.4 模拟计算的最新进展46

3.2.5 小结与展望47

3.3 生物催化剂的定向进化47

3.3.1 定向进化的方法48

3.3.2 亲本酶的选择55

3.3.3 不同策略决定进化路径55

3.3.4 生物催化剂的高通量筛选56

3.3.5 小结与展望57

3.4 理性设计与定向进化的组合应用57

3.4.1 理性设计与定向进化的组合——半理性设计58

3.4.2 不同进化方向采用不同策略59

参考文献60

第4章 酶的高通量筛选方法63

4.1 概述63

4.2 氧化还原酶的高通量筛选方法64

4.2.1 脱氢酶64

4.2.2 氧化酶类66

4.2.3 加氧酶68

4.2.4 漆酶71

4.3 转氨酶的高通量筛选方法72

4.3.1 基于底物和产物性质的筛选方法72

4.3.2 基于NAD（P）H再生的筛选方法73

4.3.3 pH指示法73

4.4 水解酶的高通量筛选方法74

4.4.1 使用显色底物直接测定74

4.4.2 pH指示剂——偶合反应间接测定法74

4.4.3 选择性的估算和测定78

4.5 总结84

参考文献84

第5章 酶和细胞的固定化90

5.1 生物催化剂固定化技术的出现及发展90

5.1.1 游离酶的缺陷90

5.1.2 酶固定化技术的出现及发展90

5.1.3 细胞固定化技术的出现及发展91

5.2 固定化生物催化剂的命名及形式91

5.3 固定化生物催化剂制备的原则92

5.4 固定化酶的制备方法93

5.4.1 非共价载体结合法93

5.4.2 共价载体结合法95

5.4.3 包埋法97

5.4.4 无载体固定化法99

5.4.5 组合固定化100

5.4.6 酶固定化方法的优缺点100

5.5 固定化酶的性质100

5.5.1 酶活性101

5.5.2 稳定性101

5.5.3 固定化酶最适温度的变化102

5.5.4 固定化酶最适pH的变化102

5.5.5 底物专一性102

5.5.6 固定化酶的优缺点103

5.6 细胞的固定化103

5.6.1 固定化细胞的特点103

5.6.2 细胞固定化方法105

5.7 固定化生物催化剂的应用107

5.7.1 固定化催化剂在工业生产中的应用107

5.7.2 固定化酶在酶传感器中的应用110

5.7.3 固定化酶在临床检验方面的应用110

参考文献110

第6章 单加氧酶112

6.1 细胞色素P450单加氧酶112

6.1.1 细胞色素P450单加氧酶的结构分类112

6.1.2 细胞色素P450单加氧酶的羟化反应催化机理114

6.1.3 细胞色素P450单加氧酶的性质表征114

6.1.4 细胞色素P450单加氧酶的分子改造116

6.1.5 细胞色素P450单加氧酶催化的反应117

6.2 黄素依赖的单加氧酶121

6.2.1 黄素依赖型单加氧酶的分类121

6.2.2 黄素依赖型单加氧酶的催化机理122

6.2.3 黄素依赖型单加氧酶催化的反应123

6.3 非血红素单加氧酶124

6.3.1 甲烷单加氧酶124

6.3.2 ω－羟化酶系统125

6.4 总结126

参考文献126

第7章 还原酶132

7.1 生物催化还原反应132

7.2 羰基的不对称还原132

7.2.1 生物催化羰基不对称还原的机理132

7.2.2 辅酶的再生134

7.2.3 羰基还原酶的发现及改造137

7.2.4 生物催化羰基不对称还原反应的应用139

7.3 还原氨化反应142

7.4 羧酸的还原143

7.5 碳碳双键的还原145

7.6 总结147

参考文献147

第8章 脂肪酶／酯酶156

8.1 脂肪酶／酯酶简介156

8.2 脂肪酶／酯酶的结构分类157

8.2.1 脂肪酶／酯酶的结构157

8.2.2 脂肪酶／酯酶的分类157

8.3 脂肪酶／酯酶的催化机理160

8.4 脂肪酶／酯酶的分子改造160

8.5 脂肪酶／酯酶的合成应用162

8.5.1 手性醇的合成162

8.5.2 手性酸的合成163

8.5.3 手性胺的合成164

8.6 脂肪酶／酯酶的典型应用案例165

8.6.1 普瑞巴林的合成165

8.6.2 地尔硫？中间体的合成166

参考文献167

第9章 环氧水解酶172

9.1 概述172

9.2 环氧水解酶的生理功能172

9.2.1 哺乳动物环氧水解酶的生理功能173

9.2.2 植物、昆虫、微生物环氧水解酶的生理功能174

9.3 环氧水解酶的结构分类及催化机理175

9.3.1 环氧化物的开环反应175

9.3.2 α／β折叠环氧水解酶的结构及催化机理175

9.3.3 LEH类环氧水解酶的结构及催化机理177

9.3.4 白三烯A4水解酶的结构及催化机理178

9.4 环氧水解酶的性质表征179

9.4.1 环氧水解酶的纯化及生化性质表征179

9.4.2 环氧水解酶催化反应的区域选择性179

9.4.3 环氧水解酶区域选择性的表征180

9.5 环氧水解酶生物催化剂的开发及其合成应用181

9.5.1 一些高选择性的环氧水解酶生产菌株181

9.5.2 天然来源环氧水解酶的生产183

9.5.3 环氧水解酶的基因克隆及重组表达184

9.5.4 环氧水解酶的蛋白质工程改造185

9.5.5 环氧水解酶应用于经典动力学拆分187

9.5.6 内消旋环氧化物的去对称化191

9.5.7 环氧水解酶催化的对映会聚水解192

9.5.8 非天然亲核试剂参与的环氧开环193

9.6 环氧水解酶反应工程194

9.6.1 单一水相催化194

9.6.2 两相催化195

9.6.3 膜反应器转化195

9.7 总结与展望196

参考文献197

第10章 腈水合酶和腈水解酶207

10.1 概述207

10.2 腈水解酶简介208

10.3 腈水合酶简介209

10.3.1 Fe－型腈水合酶209

10.3.2 Co－型腈水合酶211

10.3.3 腈水合酶的水合机理211

10.4 具有腈水解酶或腈水合酶活性的微生物212

10.5 腈水解酶和腈水合酶的选择性214

10.5.1 化学选择性214

10.5.2 立体选择性214

10.5.3 区域选择性214

10.6 影响酶催化腈水解的主要因素215

10.6.1 诱导剂的影响215

10.6.2 底物和产物的抑制215

10.6.3 反应介质的影响216

10.7 腈水解酶和腈水合酶的应用216

10.8 氰水解酶和氰水合酶的简介220

10.9 在生物降解与生物修复中的应用221

10.10 总结222

参考文献222

第11章 羟腈裂解酶230

11.1 羟腈裂解酶简介230

11.2 羟腈裂解酶的研究进展231

11.2.1 羟腈裂解酶的来源和筛选231

11.2.2 羟腈裂解酶的反应机理231

11.2.3 羟腈裂解酶的理性设计和定向进化233

11.3 羟腈裂解酶在有机合成中大规模应用的实例235

11.4 总结与展望237

参考文献238

第12章 醛缩酶241

12.1 醛缩酶的催化机理与分类241

12.2 DHAP依赖性醛缩酶244

12.2.1 DHAP依赖性醛缩酶的分类与性质244

12.2.2 DHAP依赖性醛缩酶的合成应用246

12.2.3 使用不带有磷酸基团的底物作为供体的醛缩酶248

12.3 丙酮酸和磷酸烯醇式丙酮酸依赖性醛缩酶248

12.3.1 丙酮酸依赖性醛缩酶的分类和性质248

12.3.2 丙酮酸依赖性醛缩酶的合成应用250

12.4 乙醛依赖性醛缩酶252

12.4.1 乙醛依赖性醛缩酶的分类与性质252

12.4.2 乙醛依赖性醛缩酶的合成应用253

12.5 甘氨酸依赖性醛缩酶253

12.5.1 甘氨酸依赖性醛缩酶的分类253

12.5.2 甘氨酸依赖性醛缩酶的合成应用254

12.6 其他新的具有醛缩酶活性的催化剂255

12.6.1 非醛缩酶催化的醛缩反应255

12.6.2 计算机从头设计新的醛缩酶255

12.7 总结和展望257

参考文献258